JP3553129B2 - Thin film growth equipment - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、たとえば、シリコン、ガラス等の基板上に気相成長により薄膜成長を行う装置において、広範囲な濃度分布（比抵抗分布等）を得るための薄膜成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の薄膜成長装置において、反応ガスやドーパントガスなどの原料ガス（以下、ドーパントガスとして説明する。）の濃度を制御する濃度制御方式として、
（１）反応ガスやＮ型又はＰ型のドーパントガス（以下、簡単にＮ型のドーパントガスをＤＮ、Ｐ型のドーパントガスをＤＰと略称する。）を１つの流量制御器（マス・フロー・コントーラ）にて制御する方式。
（２）ドーパントガスを２つの流量制御器にて制御する方式。
（３）ドーパントガスを３つの流量制御器にて制御する方式。
がある。
【０００３】
以下、これらの方式について図９、図１０、図１１、図１２を参照して説明する。図９〜図１２はいずれも従来のドーパントガスの濃度を制御するためのガス制御系統図である。
【０００４】
図９は、第１の従来例のガス制御系統図で、前記（１）の方式を採用したものである。ＤＮが入ったボンベ２５から上方へ延びる管路ＰＬ１０には、開閉弁ＰＶ５が設けられ、流量制御器ＭＦＣ３に通じている。
【０００５】
流量制御器ＭＦＣ３では、管路ＰＬ１Ａ上を流れるＤＮの流量が設定されていて、この流量によりドーパントの濃度が決定される。また、ＤＮをベント（ｖｅｎｔ）ラインへ排出する必要があれば、開閉弁ＰＶ１０を通じてベントラインＰＬ１１に排出される。
【０００６】
第１の従来例の場合、１つの流量制御器で制御されるので、流量制御器から供給されるガスの濃度分布の安定性、再現性は高い。しかし、流量制御器の最大流量に対し、０〜５％程度の範囲は、制御不可能であるため、大容量の流量制御器を用いると小流量の制御が不可能になり、また、広範囲な濃度分布を得るためには、濃度の違うガスの入ったボンベに交換しなくてはならない。つまり、流量制御器ＭＦＣ３の流量範囲によって、流量制御器ＭＦＣ３から供給されるガスの濃度が一義的に決定されるため、広範囲の濃度分布を得るためには、流量制御器ＭＦＣ３の交換又は濃度の違うボンベの交換が必要となる。また、このことと同時に、現在の多様な多品種少量生産の実情に合わなくなってきている。
【０００７】
図１０は、第２の従来例のガス制御系統図で、前記（２）の方式を採用したものである。この第２の従来例は、前記した第１の従来例における、供給されるガスの濃度範囲が狭いという問題点を解決しようとするものである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３と開閉弁ＰＶ１１Ａ、流量制御器ＭＦＣ４と開閉弁ＰＶ１１Ｂをそれぞれ直列に接続したものを、管路ＰＬ１Ａの開閉弁ＰＶ１０と開閉弁ＰＶ５との間に並列に接続している。
【０００８】
流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４にはそれぞれ異なる流量が設定されていて、指令により、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のどちらかが選択された後、選択された流量制御器の開閉弁（ＰＶ１１Ａ又はＰＶ１１Ｂ）を開くようになっている。尚、両者の流量制御器を利用して、双方にドーパントガスを流すこともある。
【０００９】
この第２の従来例では、異なる流量が設定された、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のどちらを利用するかの選択を行う必要があり、また、各流量制御器から供給されるガスの濃度は一義的に決定されるため、２つの異なる流量値をもつ流量制御器を用意しても、得られる濃度分布は必然的に限定されるため広範囲な濃度分布が得られないと言う問題点があった。
【００１０】
図１１は、第３の従来例のガス制御系統図で、前記（３）の方式を採用したものである。この第３の従来例は、オートドーパントコントロール（ＡＤＣ）方式と呼ばれ、第２の従来例と同様、前記した第１の従来例における、供給されるガスの濃度範囲が狭いという問題点を解決しようとするものである。
【００１１】
すなわち、ボンべ２５から上方へ延びる管路ＰＬ１１には、開閉弁ＰＶ５が設けられ、ソースと呼ばれる流量制御器ＭＦＣ５に通じている。流量制御器ＭＦＣ５には、あらかじめ流量が設定されていて、流量制御器ＭＦＣ５からは一定濃度のＤＮが流出するようになっている。
【００１２】
この流量制御器ＭＦＣ５から流出された一定濃度のＤＮは混合器ＭＸに通じ、下方の開閉弁ＰＶ１１から供給されるキャリアガス（例えば、水素（Ｈ2 ）ガス）と混合され、インジェクション側の流量制御器ＭＦＣ３とベントライン側の流量制御器ＭＦＣ４に送られる。
【００１３】
第３の従来例の場合、第１の従来例よりも比較的広い範囲の濃度分布が得られる。すなわち、ＤＮの流量が、例えば流量制御器ＭＦＣ５にて決定されると、それに応じて、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４の流量が自動的に決定され、それによりドーパントの濃度が決定される。その方法は、流量制御器ＭＦＣ５から流れ出た一定濃度のＤＮは、混合器ＭＸにおいて、水素ガス等のキャリアガスと混合し、この混合されたガスの一部は、流量制御器ＭＦＣ３、管路ＰＬ１Ａを通って図示しない反応部へインジェクション（注入）され、ダイリューション（希釈）された余分のガスは、流量制御器ＭＦＣ４、ベントラインＰＬ６Ａを通って排出される。
【００１４】
この混合されたガスの濃度は、流量制御器ＭＦＣ３と流量制御器ＭＦＣ４の流量によって決定される。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３の最大流量ｆ3maxに対する流量制御器ＭＦＣ３に設定された流量（設定流量）ｆ3 の割合ｆ3 ／ｆ3maxを流量割合ｘとすると、流量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ4 は、その最大流量 ｆ4maxに対し１−ｘの流量割合、すなわち、ｆ4 ＝ｆ4max（１−ｘ）となるように制御される。例えば、流量制御器ＭＦＣ３の最大流量が３００（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量が３０（Ｌ（リットル）／ｍｉｎ）の場合、流量制御器ＭＦＣ３の設定流量が１００（ｃｃ／ｍｉｎ）のとき、 ｘ＝１００／３００＝１／３となるので、流量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ4 は、 ｆ4 ＝３０（１−１／３）＝２０（Ｌ／ｍｉｎ）となる。通常、流量制御器ＭＦＣ３は、流量制御器ＭＦＣ５と等しい流量割合に設定されるため、ボンベ２５からのＤＮは、３００ｘ／｛３００００（１−ｘ）＋３００ｘ｝の割合に希釈され、流量制御器ＭＦＣ３を介して図示しない反応部へ供給される。
【００１５】
開閉弁ＰＶ１０とＰＶ１１は、ＤＮと水素ガス等のキャリアガスとが混合される処理段階では開かれ、また、この混合されたガスを図示しない反応部へ供給する処理段階では閉じるようになっている。
【００１６】
この第３の従来例では、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４、流量制御器ＭＦＣ５と構成数が増えるという欠点を有するものの、前記した従来例と比較して、広範囲の濃度分布が得られる。しかし、最近、さらに広範囲な濃度分布が可能となる薄膜成長装置の要望が高まってきた。
【００１７】
そこで、最近、このような要望にこたえるために、本発明者らによって図１２に示すような装置が考えられた（特願平４−１２３５５３号参照）。この装置は、図１１の装置の改良であり、より高い濃度範囲まで濃度分布を拡大したものである。
【００１８】
図１２を説明すると、図１１において、流量制御器ＭＦＣ４とベントラインＰＬ１０との間に開閉弁ＰＶ１２を設け、開閉弁ＰＶ１１、ＰＶ１２を閉じることにより、ボンベ２５から供給されるＤＮをキャリアガスによって希釈することなく図示しない反応部に供給する機能を、前記したＡＤＣ方式に追加したものである（以下、このような濃度制御方式を一定割合制御方式と呼ぶ。）。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
最近、多層の薄膜を連続して形成できる薄膜成長装置の要望が高まり、そのため、１つの装置にてより広範囲な濃度分布の原料ガスが供給できるものが要求されている。
【００２０】
多層の薄膜は、例えば、第１層を低抵抗の層とするために高濃度のＤＮの供給を必要とし、第２層を高抵抗の層とするために低濃度のＤＮの供給を必要とする。
【００２１】
高濃度のＤＮの供給については、図１２の従来考えられた装置でもある程度改善されるが、より低い濃度を得ようとする場合に問題がある。すなわち、前記した一定割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３および流量制御器ＭＦＣ５の最大流量をａ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ（ｃｃ／ｍｉｎ）とすると、ボンベ２５からのＤＮは、ａｘ／｛ｂ（１−ｘ）＋ａｘ｝の割合に希釈されることになる。このとき、ｘを小さい値に設定すれば、理論的には極めて低い濃度を得ることができるが、実際の流量制御器では、設定流量がその最大流量に対して約５％以下では、実用に耐える制御精度が得られないため、ｘ＜０．０５の範囲は設定不可能であるという問題点があった。
【００２２】
さらに、このような薄膜成長装置においては、生産性、歩留まりを向上するため、装置上にて、保守時間、故障時間等のダウンタイムを極力押さえる必要がある。特に、生産の品種が多岐にわたる場合、品種毎にガスボンベの交換が必要になれば、生産性に大きな障害となり、製品価格にも大きな影響を与えることになる。
【００２３】
そこで、本発明は、極めて低い濃度のガスも供給して、従来の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃度分布のガスを供給することができる薄膜成長装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜成長装置は、反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有し、前記ベントラインに通じる第３の流量制御器のガス流を独立して遮断し、前記ガス供給源から供給される原料ガスと前記キャリアガスとを混合することなく前記第１、第２の流量制御器及び混合器を介して前記反応炉へ供給可能にした薄膜成長装置において、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ （但し、ｘ ｍｉｎ は第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ に設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ ｍｉｎ ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備している。
【００２５】
また、本発明の薄膜成長装置は、反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置において、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ （但し、ｘ ｍｉｎ は第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ に設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ ｍｉｎ ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備している。
【００２６】
【作用】
第１の濃度制御手段が選択された場合、ガス供給源から供給される原料ガスを第１、第２の流量制御器の設定値および第１の流量制御器の設定値により決定される第３の流量制御器の設定値に応じて、混合器によりキャリアガスで所望濃度に希釈することにより、比較的高い濃度のドーパントガスを供給でき、また、第２の濃度制御手段が選択された場合、ガス供給源から供給される原料ガスを、第１、第２、第３の流量制御器のそれぞれの設定値に応じて混合器によりキャリアガスで所望濃度に希釈することにより、極めて低い濃度（高抵抗）のドーパントガスが供給できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本実施例に係る縦型気相成長装置の構成を概略的に示すもので、高周波発生部１１、反応炉Ｒ１、Ｒ２を備えた気相成長装置の本体１２、１３、各反応炉（反応部）内へのガス流量、温度等を制御するための制御部１４、工場ライン（ボンベ含）より供給された各種ガスの流量を制御する流量制御器および開閉弁（以下、簡単に弁と略称する。）等を備えたガス制御部１５から構成される。さらに、反応炉Ｒ１、Ｒ２には、気相成長の処理の開始等の操作を行うための操作盤１２Ａ、１３Ａを備え、制御部１４には、操作キー入力部やディスプレイ装置を含む操作パネル１４Ａを備えている。
【００２８】
図２は、ガス制御部１５の各構成部品によるガス制御系統図である。図２において、反応炉Ｒ１、Ｒ２に対し供給されるガスは、窒素（Ｎ2 ）ガス、水素（Ｈ2 ）ガス、Ｎ型のドーパントガス（ＤＮ）、塩化水素（ＨＣｌ）ガスなどで、同図下方において、Ｎ2 、Ｈ2 、ＤＮ、ＨＣｌと示した各ボンベ２０、２１、２３、２４から供給される。また、図においてＳｉＣｌ4 と示したバブリングチャンバ２２には、四塩化シリコンＳｉＣｌ4 又はトリクロロシランＳｉＨＣｌ3 等の流体が入っている。尚、以下の説明においては、バブリングチャンバ２２には、四塩化シリコンＳｉＣｌ4 が入っているものとして説明するが、トリクロロシランＳｉＨＣｌ3 が入っていても、以下の説明は同様である。
【００２９】
ボンベ２０から上方へ延びる管路ＰＬ１には圧力スイッチＰＳ１、常時開状態の弁（以下、常開弁と呼ぶ。）ＰＶ１が設けられ、常開弁ＰＶ７に通じている。
ボンベ２１から上方へ延びる管路ＰＬ２には圧力スイッチＰＳ２、弁ＰＶ２が設けられ、弁ＰＶ８に通じている。弁ＰＶ７と弁ＰＶ８の出口ポートは合流していて、それぞれの流量制御器ＭＦＣ１及びＭＦＣ２を介して管路ＰＬ１、ＰＬ２に接続されている。
【００３０】
管路ＰＬ１には、さらにガス合流弁ＰＶ１９、ＰＶ２０、ＰＶ２１が反応炉Ｒ１との間に設けられており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより供給されるガスを弁ＰＶ１９、ＰＶ２０、ＰＶ２１を開くことにより混合できるようになっている。
【００３１】
さらに、管路ＰＬ２上には、ガス合流弁ＰＶ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４が反応炉Ｒ２との間に設けられており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより供給されるガスを弁ＰＶ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４を開くことにより混合できるようになっている。
【００３２】
バブリングチャンバ２２からは２本の管路ＰＬ４Ａ、ＰＬ４Ｂが設けられており、弁ＰＶ３、弁ＶＣに接続されている。この弁ＶＣのポートＰ０には管路ＰＬ５を介して弁ＰＶ２が接続されていて、この弁ＰＶ２、管路ＰＬ５を介して、キャリアガスとしての水素（Ｈ2 ）ガスが弁ＶＣに入り、さらに、管路ＰＬ４Ａ、弁ＰＶ３を通ってバブリングチャンバ２２内に入り、液体のＳｉＣｌ4 に対しバブリングが行われる。すると、バブリングチャンバ２２内の空間には、蒸気化した四塩化シリコンＳｉＣｌ4 と、水素Ｈ2 の混合気体ができ、これが管路ＰＬ４Ｂ上の弁ＰＶ３を通って弁ＶＣに入り、指定量の混合気体がポートＰ１を通り、管路ＰＬ３Ａに入る。
【００３３】
ボンベ２３から上方へ延びる管路ＰＬ１Ａには、弁ＰＶ５を介して制御ユニットＸが接続されている。
ボンベ２４から上方へ延びる管路ＰＬ２Ａには、弁ＰＶ６Ａ、流量制御器ＭＦＣ６が設けられ、管路ＰＬ２Ａを介してそれぞれ合流弁ＰＶ２１、ＰＶ２４の混合ポートに接続されている。さらに、流量制御器ＭＦＣ６には、常開弁ＰＶ２６を介してベントラインＰＬ６Ａ、図示しない排気ガス処理部に接続されていて、管路ＰＬ２Ａ内の不要なガスを排気したり、流量制御器ＭＦＣ６から出されるガスの流量を安定させるためにガスの排気ができるようになっている。
【００３４】
管路ＰＬ３Ａには、常開弁ＰＶ２５を介してベントラインＰＬ６Ａが接続されていて、常開弁ＰＶ２５の場合と同様に、管路ＰＬ３Ａ内の不要なガスの排気ができるようになっている。
【００３５】
図３は、制御ユニットＸの構成を示したものである。この制御ユニットＸの構成は、図１２に示した従来考えられた装置と等価なものであるので、図１２と同一部分には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてだけ説明する。すなわち、ボンベ２３から上方へ延びる管路ＰＬ１Ａには、弁ＰＶ５を介して制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ５が接続される。また、流量制御器ＭＦＣ３には管路ＰＬ１Ａが接続され、さらに、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４には、弁ＰＶ１０、ＰＶ１２を介してベントラインＰＬ６Ａが接続されている。
【００３６】
制御ユニットＸにおけるＤＮの濃度制御方式は、図１２で説明した一定割合制御方式（ＡＤＣ方式にキャリアガスによりＤＮを希釈しない所定の濃度のＤＮを供給するようにする機能を追加した制御方式）と、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘを０．０５に固定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比のみを所望するＤＮの濃度に応じて０．９５から１．００まで変化させる濃度制御方式（以下、個別割合制御方式と呼ぶ。）のうち、どちらかが選択されて用いられる。
【００３７】
ここで、流量比とは、各流量制御器の最大流量に対する各流量制御器に設定されて実際に流れる流量との比を言う。また、以下の説明において、個別割合制御方式が選択されているときに流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比、流量をそれぞれ個別流量比、個別流量と呼ぶ。
【００３８】
一定割合制御方式による濃度制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３およびＭＦＣ５の最大流量をａ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘとすると、ＤＮの濃度は、ａｘ／｛ｂ（１−ｘ）＋ａｘ｝で表すことができる。この場合、流量比ｘは１から０．０５まで変化でき、ＤＮの最低濃度はｘ＝０．０５のときである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比が０．０５で流量制御器ＭＦＣ４の流量比が０．９５のときに、一定割合制御方式によりＤＮの濃度を制御した場合の最低濃度が得られ、その濃度値は０．０５ａ／（０．９５ｂ＋０．０５ａ）である。
【００３９】
個別割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘをｘ＝０．０５と固定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比のみを個別に０．９５から１．００まで変化できる。従って、一定割合制御方式の場合よりもさらに低い濃度が実現でき、その濃度は、流量制御器ＭＦＣ４の個別流量比を１．００にしたときに、０．０５ａ／（１．００ｂ＋０．０５ａ）まで低下させることが可能となる。
【００４０】
このように、制御ユニットＸでは、比較的高濃度のＤＮを供給したい場合は、一定割合制御方式が選択され、ボンベ２３から弁ＰＶ５を介して流れ出るＤＮの濃度が制御され、また、極めて低い濃度のＤＮを供給したい場合は、個別割合制御方式が選択され、その濃度が制御される。そして、所望の濃度のＤＮは、管路ＰＬ１Ａに出力され、余分なガスはベントラインＰＬ６Ａを通って排出される。
【００４１】
図４は、制御部１４に具備された制御ユニットＸを制御するための電気回路の要部を概略的に示すものである。
図４において、全体の制御を司るマスタＣＰＵ５０には、データバス５１、入出力バス５２が接続されている。データバス５１には、第１の記憶部５３、第２の記憶部５４、第３の記憶部５５が接続されている。
【００４２】
第１の記憶部５３は、たとえば、ＲＡＭで構成され、各反応炉Ｒ１またはＲ２において実際の薄膜成長を行うために実行される一連のプロセスに関するデータ、たとえば、反応炉Ｒ１、Ｒ２での反応温度、反応時間、反応圧力、ガス流量や、操作パネル１４Ａ、図示しない各種スイッチ及び各種検出器等の入出力機器から入力された情報や、制御ユニットＸにおいて実行されるべき濃度制御方式（一定割合制御方式又は個別割合制御方式のうちどちらか一方の制御方式）を選択するための情報（以下、制御方式の選択情報とも言う。）が記憶されている。
【００４３】
第２の記憶部５４は、本装置を運用するのに必要な固定データが登録されるもので、たとえば、ＲＯＭで構成されている。
第３の記憶部５５は、プロセス制御プログラム５５ａと、修正処理プログラム５５ｂと、確認処理プログラム５５ｃとが記憶されている。
【００４４】
プロセス制御プログラム５５ａは、プロセスプログラムのデータに基づいて本装置を動作させるためのプログラムである。
修正処理プログラム５５ｂは、成長させようとする気相成長層の特性や各プロセスに応じて選択された濃度の制御方式に対応させて、第１の記憶部５３に記憶されている、制御方式の選択情報やガス流量などの一連のプロセスに関するデータを修正するための処理を行うプログラムである。
【００４５】
確認処理プログラム５５ｃは、修正処理プログラム５５ｂにより修正されたデータ等の確認をするための処理を行うプログラムである。
また、入出力バス５２には、入出力インタフェイス部５６、および、入出力インタフェイス部５７が接続されている。
【００４６】
入出力インタフェイス部５６は、図３に示した各流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５、および、各弁ＰＶ１０、ＰＶ１１、ＰＶ１２を駆動制御するものである。すなわち、入出力インタフェイス部５６は、各流量制御器に対し、流量の設定を行うための各種指令信号を与えるデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ等の出力部（図示せず）、各流量制御器から実際のガスの流量を伝える信号（実流量信号）を取り込むアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ等の入力部（図示せず）、および、各弁を駆動するデジタル出力部（図示せず）などから構成されている。流量制御器に対し、その流量制御器に実際に流れるガスの流量を設定する場合、入出力インタフェイス部５６には、流量比または流量が通知されるが、以下の説明では、第１の記憶部５３に記憶された流量比が通知されるものとする。
【００４７】
入出力インタフェイス部５７は、前記操作パネル１４Ａ、図示しない各種スイッチ及び各種検出器、図示しないディスプレイ装置等の入出力機器５８とのインタフェイスを司るものである。
【００４８】
図５は、第１の記憶部５３に記憶されたプロセスプログラムのデータ構成の具体例を示したものである。
図５において、制御方式の選択情報は、制御ユニットＸを一定割合制御方式又は個別割合制御方式のどちらで制御するかを選択するための情報で、たとえば、個別割合制御方式が選択されているときにセットするようにするフラグが記憶されている。また、プロセスプログラムに関連した情報や、このプロセスプログラムを構成する各プロセスのシーケンス番号Ｓ（ｉ）と、そのシーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理の実行に必要なデータが順次記憶されている。
【００４９】
図６は、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの構造の具体例を示したものである。図６において、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータのデータサイズ、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理時間であるシーケンス時間、反応炉Ｒ１およびＲ２の加熱温度、また、水素（Ｈ2 ）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）ガスの流量、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５に対して設定される流量比、流量制御器ＭＦＣ４に対して設定される流量比等の流量選択情報が記憶されている。
【００５０】
尚、制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比は、制御方式の選択情報により選択された濃度制御方式（一定割合制御又は個別割合制御）に応じて、その値が後述するように修正されるものである。
【００５１】
また、濃度制御方式の選択の変更（制御方式の選択情報の修正）は、プロセスプログラム単位に行うことも、シーケンス番号を指定して各プロセス毎に行うことも可能である。
【００５２】
次に、図７に示すフローチャートを参照して、プロセス制御プログラム５５ａにより行われる、本装置の動作処理について説明する。
プロセス制御プログラム５５ａが起動されると、まず、ステップＳ１に進み、反応炉Ｒ１を動作させるためのスタートスイッチ（図示せず）が押下されているか否かがチェックされ、押下されているとステップＳ２に進む。
【００５３】
ステップＳ２では、反応炉Ｒ１において実行されているシーケンス番号Ｓ（ｉ−１）のプロセスのシーケンス時間の残り時間が「０」であるか否かがチェックされ、残り時間＝０のときは、ステップＳ３に進む。
【００５４】
一方、ステップＳ２において、残り時間が「０」でないときは、ステップＳ１に戻る。すなわち、残り時間が「０」になるまで（シーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスが終了するまで）待機するようになっている。
【００５５】
ステップＳ３では、次のシーケンス番号Ｓ（ｉ）が終了のシーケンス番号であるか否かがチェックされ、終了のシーケンス番号でないときは、ステップＳ４に進み、終了のシーケンス番号のときは処理が終了される。
【００５６】
ステップＳ４では、次のシーケンス番号Ｓ（ｉ）が指定され、第１の記憶部５３からシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータ（図６参照）が読み出され、ステップＳ５に進む。
【００５７】
ステップＳ５では、第１の記憶部５３から読み出されたシーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスのシーケンス時間をセットし、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、一定割合制御方式か個別割合制御方式のどちらが選択されているかがチェックされ、一定割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ７に進む。
【００５８】
ステップＳ７では、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比（ｘ）から流量制御器ＭＦＣ４におけるガスの流量比（１−ｘ）を演算して求め、ステップＳ８に進む。
【００５９】
ステップＳ８では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比、ステップＳ７で求めた流量制御器ＭＦＣ４の流量比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている各種ガスの流量などの流量選択情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが出力インタフェイス部５６に出力されて、その制御値に従って各流量制御器および弁の動作が制御され、ステップＳ９に進む。
【００６０】
ステップＳ９では、次のプロセスを実行するための準備として、シーケンス番号がインクリメントされ、次のシーケンス番号であるＳ（ｉ＋１）がセットされ、ステップＳ１に戻る。
【００６１】
ステップＳ６でのチェックの結果、個別割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ７をジャンプしてステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている各種ガスの流量などの流量選択情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが入出力インタフェイス部５６に出力されて、その制御値に従って各流量制御器および弁の動作が制御され、ステップＳ９に進み、以降の処理は前記同様である。このとき、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータとして記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５、ＭＦＣ４の流量比はそれぞれの流量制御器に個別に与えられる個別流量比である。
【００６２】
また、ステップＳ１で、反応炉Ｒ１のスタートスイッチが押下されていないときは、ステップＳ１０に進み、ここで、反応炉Ｒ２を動作させるためのスタートスイッチが押下されているか否かがチェックされる。スタートスイッチが押下されていないときは、処理は終了され、スタートスイッチが押下されているときは、ステップＳ２に進み、反応炉Ｒ２に対して、前記同様の処理が行われる。
【００６３】
次に、図８に示すフローチャートを参照して、修正処理プログラム５５ｂにより行われる、第１の記憶部５３に記憶された各プロセスの処理の実行に必要なデータ（たとえば、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータ）の修正処理について説明する。
【００６４】
修正処理プログラム５５ｂが起動されると、まず、ステップＳ２０に進み、シーケンス番号Ｓ（ｉ）が入力され、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１では、第１の記憶部５３に記憶された流量制御器ＦＭＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比に対して修正が行われたか否かがチェックされる。流量比の修正が行われていない場合は、ステップＳ２５に進む。
【００６５】
ステップＳ２５では、第１の記憶部５３に記憶されている、シーケンス番号Ｓ（ｉ）の他のデータ（加熱温度、反応時間、反応圧力、ガス流量等）に対しても修正が行われる。このとき、各データ毎に、修正されたか否かのチェックが行われるが、説明は省略する。この修正が終了すると、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの修正が終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ２１におけるチェックで、流量比の修正が行われていたと判断された場合は、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、一定割合制御方式が選択されているか否かがチェックされ、一定割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ２３に進む。
【００６７】
ステップＳ２３では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５における流量比（ｘ）が修正され、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、これら修正された流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５における流量比（ｘ）をもとに、流量制御器ＭＦＣ４の流量比（１−ｘ）が演算され、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ４における流量比が修正され、ステップＳ２５に進む。尚、このステップＳ２４において行われる演算及び修正処理は、プロセス制御プログラム５５ａの処理の実行時に、図７に示したフローチャートのステップＳ７で行ってもよい。
【００６８】
ステップＳ２２でのチェックの結果、一定割合制御方式が選択されていないと判断されると、ステップＳ２６に進み、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、個別割合制御方式が選択されているか否かがチェックされる。個別割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ２７に進み、個別割合制御方式が選択されていないと判断されると、ステップＳ２５に進む。
【００６９】
ステップＳ２７では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比が個別流量比に修正され、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ４の流量比が個別流量比に修正され、ステップＳ２５に進む。
【００７０】
以上説明したように、上記実施例によれば、制御ユニットＸにおいて、ボンベ２３から供給されるドーパントガスの濃度を制御する制御方式として、一定割合制御方式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘに対し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比を１−ｘに設定することにより、比較的高い濃度のドーパントガスを供給でき、また、個別割合制御方式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比を０．０５に設定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比を０．９５〜１．００の範囲に設定することにより、極めて低い濃度のドーパントガスが供給でき、従来の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃度分布のドーパントガスを供給することができる。また、ダウンタイムを少なくし装置の稼働率も向上し、多品種にわたる製品の製造も１つの装置にて可能になる。
【００７１】
尚、上記実施例において、個別割合制御方式が選択されている場合、制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比を０．０５よりも大きい範囲においてそれぞれ個別に自由に設定することも可能である。
【００７２】
また、上記実施例において、制御ユニットＸのガス制御系統は、図１２の従来考えられた装置と等価としたが、これに限らず、図１１に示した従来例の場合のガス制御系統でも可能である。この場合、たとえば、一定割合制御方式が選択されているときは、図１１の構成により濃度の制御が行われ、個別割合制御方式が選択されているときは、各流量制御器に対し、その流量比を０．０５より大きい範囲においてそれぞれ個別に自由に設定すればよい。
【００７３】
また、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、光化学気相成長等の薄膜成長装置にも同様に適用し得るものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極めて低い濃度のガスも供給して、より広範囲な濃度分布の製品が得られる薄膜成長装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る縦型薄膜成長装置の概略構成を示す外観斜視図。
【図２】ガス制御部の一例を示すガス制御系統図。
【図３】制御ユニットの構成図。
【図４】制御部に具備された制御ユニットを制御するための電気回路の要部を概略的に示すブロック図
【図５】第１の記憶部に記憶されたプロセスプログラムのデータ構成の具体例を示した図。
【図６】シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの構造の具体例を示した図。
【図７】プロセス制御プログラムにより行われる処理を説明するためのフローチャート。
【図８】修正処理プログラムにより行われる処理を説明するためのフローチャート。
【図９】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第１の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１０】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第２の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１１】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第３の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１２】従来考えられた薄膜成長装置における濃度制御方式を説明するためのガス制御系統図。
【符号の説明】
Ｒ１、Ｒ２…反応炉、ＭＦＣ５…流量制御器（第１の流量制御器）、ＭＦＣ３…流量制御器（第２の流量制御器）、ＭＦＣ４…流量制御器（第３の流量制御器）、ＰＶ１０〜１２…開閉弁、ＰＬ１Ａ…管路、ＰＬ６Ａ…ベントライン、１１…高周波発生部、１２、１３…気相成長装置の本体、１４…制御部、１５…ガス制御部、２３…ボンベ。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an apparatus for growing a thin film on a substrate made of silicon, glass or the like by vapor phase growth, and to a thin film growth apparatus for obtaining a wide concentration distribution (resistivity distribution and the like).
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a thin film growth apparatus such as a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition), as a concentration control method for controlling the concentration of a source gas such as a reaction gas or a dopant gas (hereinafter, referred to as a dopant gas).
(1) A reaction gas or an N-type or P-type dopant gas (hereinafter simply referred to as an N-type dopant gas as DN, and a P-type dopant gas as DP) is used as a single flow controller (mass flow controller). Controller).
(2) A method in which the dopant gas is controlled by two flow controllers.
(3) A method in which the dopant gas is controlled by three flow controllers.
There is.
[0003]
Hereinafter, these methods will be described with reference to FIGS. 9, 10, 11, and 12. FIG. 9 to 12 are gas control system diagrams for controlling the concentration of the conventional dopant gas.
[0004]
FIG. 9 is a gas control system diagram of a first conventional example, which adopts the method (1). An on-off valve PV5 is provided in a pipeline PL10 extending upward from the
[0005]
In the flow rate controller MFC3, the flow rate of DN flowing on the pipeline PL1A is set, and the flow rate determines the dopant concentration. If it is necessary to discharge DN to a vent line, the DN is discharged to a vent line PL11 through an on-off valve PV10.
[0006]
In the case of the first conventional example, since the control is performed by one flow controller, the stability and reproducibility of the concentration distribution of the gas supplied from the flow controller are high. However, the range of about 0 to 5% of the maximum flow rate of the flow rate controller cannot be controlled. Therefore, if a large-capacity flow rate controller is used, a small flow rate cannot be controlled. In order to obtain a concentration distribution, the gas must be replaced with a cylinder containing a gas with a different concentration. In other words, the concentration of the gas supplied from the flow controller MFC3 is uniquely determined by the flow range of the flow controller MFC3. Therefore, in order to obtain a wide concentration distribution, the exchange of the flow controller MFC3 or the change of the concentration is performed. A different cylinder needs to be replaced. At the same time, it is becoming inconsistent with the current situation of various high-mix low-volume production.
[0007]
FIG. 10 is a gas control system diagram of a second conventional example, which adopts the method (2). The second conventional example is intended to solve the problem of the first conventional example that the concentration range of the supplied gas is narrow. That is, the flow controller MFC3 and the on-off valve PV11A, and the flow controller MFC4 and the on-off valve PV11B connected in series, are connected in parallel between the on-off valve PV10 and the on-off valve PV5 of the pipeline PL1A.
[0008]
Different flow rates are set in the flow controller MFC3 and the flow controller MFC4, respectively. After one of the flow controller MFC3 and the flow controller MFC4 is selected by a command, an opening / closing valve of the selected flow controller is selected. (PV11A or PV11B). In some cases, the dopant gas may be supplied to both of them by using both of the flow controllers.
[0009]
In the second conventional example, it is necessary to select which of the flow controller MFC3 and the flow controller MFC4 in which different flow rates are set, and to select the gas supplied from each flow controller. Since the concentration is uniquely determined, even if a flow controller having two different flow values is prepared, the obtained concentration distribution is necessarily limited, so that a wide concentration distribution cannot be obtained. was there.
[0010]
FIG. 11 is a gas control system diagram of a third conventional example, which adopts the method (3). This third conventional example is called an auto-dopant control (ADC) method, and solves the problem that the concentration range of the supplied gas in the first conventional example is narrow as in the second conventional example. What you are trying to do.
[0011]
That is, an on-off valve PV5 is provided in a pipeline PL11 extending upward from the
[0012]
The constant-concentration DN flowing out of the flow controller MFC5 passes through the mixer MX, and is supplied with a carrier gas (for example, hydrogen (HTwo ) Gas and sent to the flow controller MFC3 on the injection side and the flow controller MFC4 on the vent line.
[0013]
In the case of the third conventional example, a concentration distribution in a relatively wide range can be obtained as compared with the first conventional example. That is, when the flow rate of the DN is determined by, for example, the flow rate controller MFC5, the flow rates of the flow rate controllers MFC3 and MFC4 are automatically determined accordingly, thereby determining the dopant concentration. . The method is such that the DN having a constant concentration flowing out of the flow controller MFC5 is mixed with a carrier gas such as hydrogen gas in the mixer MX, and a part of the mixed gas is supplied to the flow controller MFC3 and the line PL1A. The excess gas that has been injected (injected) into the reaction unit (not shown) through the flow path and diluted (diluted) is discharged through the flow controller MFC4 and the vent line PL6A.
[0014]
The concentration of the mixed gas is determined by the flow rates of the flow controllers MFC3 and MFC4. That is, the maximum flow rate f of the flow controller MFC33maxSet in the flow controller MFC3 (set flow rate) fThree Ratio fThree / F3maxIs the flow rate x, the set flow rate f of the flow controller MFC4Four Is the maximum flow rate f4maxTo the flow rate of 1-x, ie, fFour = F4maxIt is controlled to be (1-x). For example, when the maximum flow rate of the flow controller MFC3 is 300 (cc / min) and the maximum flow rate of the flow controller MFC4 is 30 (L (liter) / min), the set flow rate of the flow controller MFC3 is 100 (cc / min). ), X = 100/300 = 1/3, so the set flow rate f of the flow controller MFC4Four Is fFour = 30 (1-1 / 3) = 20 (L / min). Normally, the flow rate controller MFC3 is set to the same flow rate rate as the flow rate controller MFC5, so that the DN from the
[0015]
The on-off valves PV10 and PV11 are opened in a processing stage in which DN and a carrier gas such as hydrogen gas are mixed, and are closed in a processing stage in which the mixed gas is supplied to a reaction unit (not shown). .
[0016]
The third conventional example has a drawback that the number of components is increased from the flow controller MFC3, the flow controller MFC4, and the flow controller MFC5, but a wider concentration distribution can be obtained as compared with the above-described conventional example. However, recently, there has been an increasing demand for a thin film growth apparatus capable of achieving a wider concentration distribution.
[0017]
Therefore, recently, in order to meet such a demand, the present inventors have proposed an apparatus as shown in FIG. 12 (see Japanese Patent Application No. 4-123553). This device is an improvement of the device of FIG. 11, in which the concentration distribution is expanded to a higher concentration range.
[0018]
Referring to FIG. 12, an opening / closing valve PV12 is provided between the flow controller MFC4 and the vent line PL10 in FIG. 11, and the DN supplied from the
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, there has been an increasing demand for a thin film growth apparatus capable of continuously forming a multilayer thin film, and therefore, a single apparatus capable of supplying a raw material gas having a wider concentration distribution is demanded.
[0020]
For example, a multilayer thin film requires supply of high-concentration DN in order to make the first layer a low-resistance layer, and requires supply of low-concentration DN in order to make the second layer a high-resistance layer. I do.
[0021]
The supply of high-concentration DN can be improved to some extent by the conventional apparatus shown in FIG. 12, but there is a problem when trying to obtain a lower concentration. That is, in the above-described constant rate control method, if the maximum flow rate of the flow rate controllers MFC3 and MFC5 is a (cc / min) and the maximum flow rate of the flow rate controller MFC4 is b (cc / min), the
[0022]
Further, in such a thin film growth apparatus, in order to improve productivity and yield, it is necessary to minimize downtime such as maintenance time and failure time on the apparatus. In particular, when there are a wide variety of production types, if gas cylinders need to be replaced for each type, productivity becomes a major obstacle and product prices are greatly affected.
[0023]
Therefore, an object of the present invention is to provide a thin film growth apparatus capable of supplying a gas having an extremely low concentration and supplying a gas having a concentration distribution wider than that obtained in the conventional apparatus. I do.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In the thin film growth apparatus of the present invention, a substrate such as silicon or glass is disposed in a reaction furnace, and at least one source gas from a gas supply source and a carrier gas are mixed by a mixer in the reaction furnace. A thin film growth apparatus for supplying and forming a thin film on the substrate by vapor phase growth, wherein the gas supply source and the gas mixer, between the reaction furnace and the mixer, the mixer, A first, a second, and a third flow controller, each of which is provided between the vent line and the gas flow rate, and is capable of controlling the gas flow rate, and independently controls a gas flow of a third flow controller leading to the vent line; And a thin film that can be supplied to the reactor through the first and second flow controllers and the mixer without mixing the source gas supplied from the gas supply source and the carrier gas. In the growth apparatus, supplied from the gas supply source The flow rate of the raw material gasThe flow rate of the first flow rate controller is set to ax (where a is the maximum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers, and x is a flow rate ratio to the maximum flow rate).Control the source gas whose flow rate is controlled., The flow rate of the second flow rate controller is set to ax, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x) (where b is the maximum flow rate that can be set by the third flow rate controller). )First concentration control means for diluting to a desired concentration with the carrier gas in the mixer and supplying the diluted gas to the reaction furnace via the second flow controller, and a flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source; To, The flow rate of the first flow rate controller is ax min (However, x min Is the minimum flow ratio that can be set by the first and second flow controllers)Control the source gas whose flow rate is controlled., The flow rate of the second flow rate controller is ax min And the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x min ) To a value in the range from b toA second concentration control unit that dilutes to a desired concentration with the carrier gas in the mixer and supplies the diluted gas to the reaction furnace via the second flow rate controller; the first concentration control unit and the second concentration control unit; Selection means for selecting one of the density control means.
[0025]
In the thin film growth apparatus of the present invention, a substrate such as silicon or glass is placed in a reaction furnace, and at least one source gas from a gas supply source and a carrier gas are mixed in the reaction furnace by a mixer. A thin film growth apparatus for forming a thin film on the substrate by vapor-phase growth, wherein the mixing is performed between the gas supply source and the gas mixer, between the reaction furnace and the mixer, A thin film growth apparatus having first, second, and third flow controllers which are respectively disposed between a vessel and a vent line and are capable of controlling the gas flow rate. Flow rateThe flow rate of the first flow rate controller is set to ax (where a is the maximum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers, and x is a flow rate ratio to the maximum flow rate).Control the source gas whose flow rate is controlled., The flow rate of the second flow rate controller is set to ax, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x) (where b is the maximum flow rate that can be set by the third flow rate controller). )First concentration control means for diluting to a desired concentration with the carrier gas in the mixer and supplying the diluted gas to the reaction furnace via the second flow controller, and a flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source; To, The flow rate of the first flow rate controller is ax min (However, x min Is the minimum flow ratio that can be set by the first and second flow controllers)Control the source gas whose flow rate is controlled., The flow rate of the second flow rate controller is ax min And the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x min ) To a value in the range from b toA second concentration control unit that dilutes to a desired concentration with the carrier gas in the mixer and supplies the diluted gas to the reaction furnace via the second flow rate controller; the first concentration control unit and the second concentration control unit; Selection means for selecting one of the density control means.
[0026]
[Action]
When the first concentration control means is selected, the source gas supplied from the gas supply source is determined by the first and second flow controllers and the third flow controller determined by the first and second flow controllers. In accordance with the set value of the flow controller, a relatively high concentration of dopant gas can be supplied by diluting to a desired concentration with a carrier gas by a mixer, and when the second concentration control means is selected, The raw material gas supplied from the gas supply source is diluted to a desired concentration with a carrier gas by a mixer according to the respective set values of the first, second, and third flow controllers, so that the concentration is extremely low (high). Resistance) dopant gas can be supplied.
[0027]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows the configuration of a vertical vapor phase epitaxy apparatus according to the present embodiment, in which a
[0028]
FIG. 2 is a gas control system diagram of each component of the
[0029]
A pressure switch PS1 and a normally open valve (hereinafter, referred to as a normally open valve) PV1 are provided in a pipeline PL1 extending upward from the
A pressure switch PS2 and a valve PV2 are provided in a pipeline PL2 extending upward from the
[0030]
Gas conduits PV19, PV20, and PV21 are further provided in the conduit PL1 between the reactor R1 and the gas supplied by the conduits PL1A, PL2A, and PL3A to open the valves PV19, PV20, and PV21. Can be mixed.
[0031]
Further, gas merging valves PV22, PV23, and PV24 are provided on the pipe PL2 between the reactor R2, and the gas supplied by the pipes PL1A, PL2A, and PL3A is supplied to the valves PV22, PV23, and PV24. It can be mixed by opening.
[0032]
Two pipe lines PL4A and PL4B are provided from the bubbling chamber 22, and are connected to the valves PV3 and VC. A valve PV2 is connected to the port P0 of the valve VC via a pipe PL5, and hydrogen (H) as a carrier gas is supplied through the valve PV2 and the pipe PL5.Two 2.) The gas enters the valve VC and further into the bubbling chamber 22 through line PL4A, valve PV3, and the liquid SiClFour Is bubbled. Then, in the space in the bubbling chamber 22, the vaporized silicon tetrachloride SiClFour And hydrogen HTwo , Which enters valve VC through valve PV3 on line PL4B, and a specified amount of the gas mixture enters line PL3A through port P1.
[0033]
The control unit X is connected to the pipe line PL1A extending upward from the
A valve PV6A and a flow controller MFC6 are provided in a conduit PL2A extending upward from the
[0034]
A vent line PL6A is connected to the conduit PL3A via a normally open valve PV25, so that unnecessary gas in the conduit PL3A can be exhausted as in the case of the normally open valve PV25.
[0035]
FIG. 3 shows the configuration of the control unit X. Since the configuration of the control unit X is equivalent to the conventionally conceived device shown in FIG. 12, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described. . That is, the flow controller MFC5 of the control unit X is connected to the pipeline PL1A extending upward from the
[0036]
The control method of the concentration of DN in the control unit X includes a constant rate control method described in FIG. 12 (a control method in which a function of supplying a predetermined concentration of DN that is not diluted with a carrier gas to the ADC method is added to the ADC method). A concentration control method in which the flow ratio x of the flow controllers MFC3 and MFC5 is fixed to 0.05, and only the flow ratio of the flow controller MFC4 is changed from 0.95 to 1.00 according to the desired DN concentration ( In the following, one of them will be referred to as an individual ratio control method).
[0037]
Here, the flow ratio refers to the ratio of the maximum flow rate of each flow controller to the flow rate actually set and set in each flow controller. In the following description, the flow ratios and flow rates set in the flow controllers MFC3, MFC4, and MFC5 when the individual ratio control method is selected are referred to as individual flow ratios and individual flow rates, respectively.
[0038]
In the concentration control method based on the constant rate control method, the maximum flow rate of the flow controllers MFC3 and MFC5 is a (cc / min), the maximum flow rate of the flow controller MFC4 is b (cc / min), and the flow rates of the flow controllers MFC3 and MFC5. Assuming a ratio x, the concentration of DN can be represented by ax / {b (1-x) + ax}. In this case, the flow ratio x can be varied from 1 to 0.05, and the minimum concentration of DN is when x = 0.05. That is, when the flow ratio of the flow controllers MFC3 and MFC5 is 0.05 and the flow ratio of the flow controller MFC4 is 0.95, the lowest concentration when the concentration of DN is controlled by the constant ratio control method is obtained. The density value is 0.05a / (0.95b + 0.05a).
[0039]
In the individual ratio control method, the flow ratio x of the flow controllers MFC3 and MFC5 is fixed at x = 0.05, and only the flow ratio of the flow controller MFC4 can be individually changed from 0.95 to 1.00. Therefore, a lower concentration can be realized than in the case of the fixed ratio control method, and the concentration is up to 0.05a / (1.00b + 0.05a) when the individual flow ratio of the flow controller MFC4 is 1.00. It can be reduced.
[0040]
As described above, in the control unit X, when it is desired to supply a relatively high concentration of DN, a constant rate control method is selected, the concentration of DN flowing out from the
[0041]
FIG. 4 schematically shows a main part of an electric circuit for controlling the control unit X provided in the
In FIG. 4, a
[0042]
The first storage unit 53 is formed of, for example, a RAM, and stores data relating to a series of processes executed to perform actual thin film growth in each of the reactors R1 and R2, for example, a reaction temperature in the reactors R1 and R2. , Reaction time, reaction pressure, gas flow rate, information input from input / output devices such as operation panel 14A, various switches and various detectors (not shown), and a concentration control method (constant rate control) to be executed in control unit X. Information (hereinafter, also referred to as control method selection information) for selecting one of the control method and the individual ratio control method is stored.
[0043]
The
The
[0044]
The process control program 55a is a program for operating the present apparatus based on the data of the process program.
The correction processing program 55b stores the control method stored in the first storage unit 53 in correspondence with the characteristics of the vapor phase growth layer to be grown and the control method of the concentration selected according to each process. This is a program for performing processing for correcting data relating to a series of processes such as selection information and gas flow rates.
[0045]
The confirmation processing program 55c is a program that performs processing for confirming data or the like corrected by the correction processing program 55b.
Further, an input / output interface unit 56 and an input /
[0046]
The input / output interface unit 56 controls the driving of each of the flow controllers MFC3, MFC4, MFC5 and the valves PV10, PV11, PV12 shown in FIG. That is, the input / output interface unit 56 includes an output unit (not shown) such as a digital / analog (D / A) converter that supplies various command signals to each flow controller for setting the flow rate. An input unit (not shown) such as an analog-to-digital (A / D) converter that takes in a signal (actual flow signal) that conveys the actual gas flow rate from the controller, and a digital output unit (not shown) that drives each valve Zu) and so on. When setting the flow rate of the gas actually flowing through the flow controller to the flow controller, the input / output interface unit 56 is notified of the flow ratio or the flow rate. It is assumed that the flow rate ratio stored in the unit 53 is notified.
[0047]
The input /
[0048]
FIG. 5 shows a specific example of the data configuration of the process program stored in the first storage unit 53.
In FIG. 5, the control system selection information is information for selecting whether to control the control unit X by the fixed ratio control system or the individual ratio control system. For example, when the individual ratio control system is selected. Is stored. Further, information related to the process program, a sequence number S (i) of each process constituting the process program, and data necessary for executing the process of the process of the sequence number S (i) are sequentially stored. .
[0049]
FIG. 6 shows a specific example of the data structure of the sequence number S (i). In FIG. 6, the data size of the data of the sequence number S (i), the sequence time which is the processing time of the process of the sequence number S (i), the heating temperatures of the reactors R1 and R2, and the hydrogen (HTwo ) Gas, hydrogen chloride (HCl) gas, silicon tetrachloride (SiClFour 3) Flow rate selection information such as a gas flow rate, a flow rate ratio set for the flow rate controllers MFC3 and MFC5, and a flow rate rate set for the flow rate controller MFC4 are stored.
[0050]
The flow ratio set in the flow controllers MFC3, MFC4, and MFC5 of the control unit X depends on the concentration control method (constant rate control or individual rate control) selected by the control method selection information. It will be modified as described below.
[0051]
Further, the change of the selection of the density control method (correction of the selection information of the control method) can be performed for each process program or for each process by designating a sequence number.
[0052]
Next, with reference to a flowchart shown in FIG. 7, an operation process of the present apparatus performed by the process control program 55a will be described.
When the process control program 55a is started, the process first proceeds to step S1, where it is checked whether or not a start switch (not shown) for operating the reactor R1 is pressed. Proceed to.
[0053]
In step S2, it is checked whether or not the remaining time of the sequence time of the process of the sequence number S (i-1) being executed in the reactor R1 is "0". Proceed to S3.
[0054]
On the other hand, if the remaining time is not “0” in step S2, the process returns to step S1. That is, the process waits until the remaining time becomes “0” (until the process of the sequence number S (i) ends).
[0055]
In step S3, it is checked whether or not the next sequence number S (i) is the end sequence number. If not, the process proceeds to step S4. If the next sequence number S (i) is not the end sequence number, the process ends. You.
[0056]
In step S4, the next sequence number S (i) is specified, the data of the sequence number S (i) (see FIG. 6) is read from the first storage unit 53, and the process proceeds to step S5.
[0057]
In step S5, the sequence time of the process of the sequence number S (i) read from the first storage unit 53 is set, and the process proceeds to step S6.
In step S6, it is checked whether the fixed rate control method or the individual rate control method is selected from the control method selection information stored in the first storage unit 53, and the fixed rate control method is selected. When the determination is made, the process proceeds to step S7.
[0058]
In step S7, the gas flow ratio (1-x) in the flow controller MFC4 is calculated from the flow ratio (x) of the flow controllers MFC3 and MFC5 stored as the data of the sequence number S (i). Then, the process proceeds to step S8.
[0059]
In step S8, the flow ratios of the flow controllers MFC3 and MFC5, the flow ratios of the flow controllers MFC4 obtained in step S7, and various data stored in the first storage unit 53 as data of the sequence number S (i). Flow rate selection information such as gas flow rate, and data such as the heating temperature of the reactor R1 are output to the output interface unit 56, and the operation of each flow rate controller and valve is controlled according to the control value, and the process proceeds to step S9.
[0060]
In step S9, as a preparation for executing the next process, the sequence number is incremented, the next sequence number S (i + 1) is set, and the process returns to step S1.
[0061]
As a result of the check in step S6, if it is determined that the individual ratio control method has been selected, step S7 is jumped to step S8.
In step S8, flow rate selection information such as flow rate ratios of the flow controllers MFC3, MFC4, and MFC5, flow rates of various gases stored in the first storage unit 53 as data of the sequence number S (i), Data such as the heating temperature of R1 is output to the input / output interface unit 56, and the operation of each flow controller and valve is controlled in accordance with the control value. The process proceeds to step S9, and the subsequent processing is the same as described above. At this time, the flow ratios of the flow controllers MFC3, MFC5, and MFC4 stored as data of the sequence number S (i) in the first storage unit 53 are the individual flow ratios individually given to the respective flow controllers. .
[0062]
If it is determined in step S1 that the start switch of the reactor R1 has not been pressed, the process proceeds to step S10, where it is checked whether the start switch for operating the reactor R2 has been pressed. If the start switch has not been pressed, the process is terminated. If the start switch has been pressed, the process proceeds to step S2, and the same process as described above is performed on the reactor R2.
[0063]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 8, data (for example, sequence number S (i)) required for execution of processing of each process stored in first storage unit 53, which is performed by correction processing program 55b. ) Will be described.
[0064]
When the correction processing program 55b is started, the process first proceeds to step S20, where the sequence number S (i) is input, and then proceeds to step S21.
In step S21, it is checked whether or not the flow ratio of the flow controllers FMC3, MFC4, and MFC5 stored in the first storage unit 53 has been corrected. If the flow ratio has not been corrected, the process proceeds to step S25.
[0065]
In step S25, the other data (heating temperature, reaction time, reaction pressure, gas flow rate, and the like) of the sequence number S (i) stored in the first storage unit 53 are also corrected. At this time, whether or not the data has been corrected is checked for each data, but the description is omitted. When this correction is completed, the correction of the data of the sequence number S (i) is completed.
[0066]
On the other hand, if it is determined in the check in step S21 that the flow ratio has been corrected, the process proceeds to step S22.
In step S22, it is checked from the control system selection information stored in the first storage unit 53 whether or not the constant ratio control system is selected, and it is determined that the constant ratio control system is selected. Then, the process proceeds to step S23.
[0067]
In step S23, the flow ratio (x) in the flow controllers MFC3 and MFC5 stored in the first storage unit 53 is corrected, and the process proceeds to step S24.
In step S24, the flow ratio (1-x) of the flow controller MFC4 is calculated based on the corrected flow ratio (x) of the flow controllers MFC3 and MFC5, and stored in the first storage unit 53. The flow rate ratio in the flow controller MFC4 is corrected, and the process proceeds to step S25. The calculation and correction processing performed in step S24 may be performed in step S7 of the flowchart shown in FIG. 7 when the processing of the process control program 55a is executed.
[0068]
As a result of the check in step S22, if it is determined that the fixed rate control method has not been selected, the process proceeds to step S26, where the individual rate control method is selected from the control method selection information stored in the first storage unit 53. It is checked whether or not is selected. If it is determined that the individual ratio control method has been selected, the process proceeds to step S27. If it is determined that the individual ratio control method has not been selected, the process proceeds to step S25.
[0069]
In step S27, the flow ratio of the flow controllers MFC3 and MFC5 stored in the first storage unit 53 is corrected to the individual flow ratio, and the process proceeds to step S28.
In step S28, the flow ratio of the flow controller MFC4 stored in the first storage unit 53 is corrected to the individual flow ratio, and the process proceeds to step S25.
[0070]
As described above, according to the above embodiment, when the control unit X selects the constant rate control method as the control method for controlling the concentration of the dopant gas supplied from the
[0071]
In the above embodiment, when the individual ratio control method is selected, the flow ratios of the flow controllers MFC3, MFC4, and MFC5 of the control unit X are individually and freely set in a range larger than 0.05. Is also possible.
[0072]
Further, in the above embodiment, the gas control system of the control unit X is equivalent to the conventionally conceived device of FIG. 12, but is not limited thereto, and the gas control system of the conventional example shown in FIG. It is. In this case, for example, when the constant rate control method is selected, the concentration is controlled by the configuration shown in FIG. 11, and when the individual rate control method is selected, the flow rate is controlled for each flow rate controller. The ratio may be freely set individually in a range larger than 0.05.
[0073]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and is similarly applied to thin film growth apparatuses such as low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma chemical vapor deposition (PECVD), and photochemical vapor deposition. Can be done.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a thin film growth apparatus capable of supplying a gas having an extremely low concentration and obtaining a product having a wider concentration distribution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of a vertical thin film growth apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a gas control system diagram showing an example of a gas control unit.
FIG. 3 is a configuration diagram of a control unit.
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a main part of an electric circuit for controlling a control unit provided in the control unit.
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a data configuration of a process program stored in a first storage unit.
FIG. 6 is a diagram showing a specific example of a data structure of a sequence number S (i).
FIG. 7 is a flowchart for explaining processing performed by a process control program.
FIG. 8 is a flowchart illustrating processing performed by a correction processing program.
FIG. 9 is a gas control system diagram for explaining a first example of a concentration control method in a conventional thin film growth apparatus.
FIG. 10 is a gas control system diagram for explaining a second example of a concentration control method in a conventional thin film growth apparatus.
FIG. 11 is a gas control system diagram for explaining a third example of a concentration control method in a conventional thin film growth apparatus.
FIG. 12 is a gas control system diagram for explaining a concentration control method in a conventionally conceived thin film growth apparatus.
[Explanation of symbols]
R1, R2: reactor, MFC5... Flow controller (first flow controller), MFC3... Flow controller (second flow controller), MFC4 ... Flow controller (third flow controller), PV10-12 ... On-off valve, PL1A ... Pipe line, PL6A ... Vent line, 11 ... High frequency generator, 12, 13: vapor phase epitaxy apparatus main body, 14: control unit, 15: gas control unit, 23: cylinder.
Claims (2)
前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有し、前記ベントラインに通じる第３の流量制御器のガス流を独立して遮断し、前記ガス供給源から供給される原料ガスと前記キャリアガスとを混合することなく前記第１、第２の流量制御器及び混合器を介して前記反応炉へ供給可能にした薄膜成長装置において、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ （但し、ｘ ｍｉｎ は第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ に設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ ｍｉｎ ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、
前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。A substrate such as silicon or glass is placed in a reaction furnace, and at least one source gas from a gas supply source and a carrier gas are mixed and supplied by a mixer into the reaction furnace, and the mixture is supplied by vapor phase growth. A thin film growth apparatus for forming a thin film on a substrate,
Between the gas supply source and the gas mixer, between the reaction furnace and the mixer, each disposed between the mixer and a vent line, the first, the first controllable gas flow rate 2. having a third flow controller, independently blocking the gas flow of the third flow controller leading to the vent line, and mixing the source gas supplied from the gas supply source with the carrier gas; In the thin film growth apparatus capable of being supplied to the reactor via the first and second flow controllers and the mixer without performing,
The flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source is represented by ax (where a is the maximum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers, x is the maximum flow rate). The flow rate of the source gas whose flow rate is controlled is set to ax, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1). −x) (where b is the maximum flow rate that can be set by the third flow controller) , diluted to the desired concentration with the carrier gas in the mixer, and passed through the second flow controller. First concentration control means for supplying the reaction furnace;
The flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source is set to ax min (where x min is the minimum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers). The source gas whose flow rate is controlled is set and controlled, and the flow rate of the second flow rate controller is set to ax min, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x min ). To a value within the range from b to b, the mixture is diluted to a desired concentration with the carrier gas in the mixer, and supplied to the reaction furnace through the second flow rate controller to the second concentration control means; ,
Selecting means for selecting one of the first density control means and the second density control means;
An apparatus for growing a thin film, comprising:
前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置において、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ （但し、ｘ ｍｉｎ は第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘ ｍｉｎ に設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ ｍｉｎ ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、
前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。A substrate such as silicon or glass is placed in a reaction furnace, and at least one source gas from a gas supply source and a carrier gas are mixed and supplied by a mixer into the reaction furnace, and the mixture is supplied by vapor phase growth. A thin film growth apparatus for forming a thin film on a substrate,
Between the gas supply source and the gas mixer, between the reaction furnace and the mixer, each disposed between the mixer and a vent line, the first, the first controllable gas flow rate 2. In a thin film growth apparatus having a third flow controller,
The flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source is represented by ax (where a is the maximum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers, x is the maximum flow rate). The flow rate of the source gas whose flow rate is controlled is set to ax, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1). −x) (where b is the maximum flow rate that can be set by the third flow controller) , diluted to the desired concentration with the carrier gas in the mixer, and passed through the second flow controller. First concentration control means for supplying the reaction furnace;
The flow rate of the raw material gas supplied from the gas supply source is set to ax min (where x min is the minimum flow rate that can be set by the first and second flow rate controllers). The source gas whose flow rate is controlled is set and controlled, and the flow rate of the second flow rate controller is set to ax min, and the flow rate of the third flow rate controller is set to b (1-x min ). To a value within the range from b to b, the mixture is diluted to a desired concentration with the carrier gas in the mixer, and supplied to the reaction furnace through the second flow rate controller to the second concentration control means; ,
Selecting means for selecting one of the first density control means and the second density control means;
An apparatus for growing a thin film, comprising:
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